基于FPGA的固态IDE接口设计

论文摘要

IDE接口,是计算机主机和硬盘之间的一种标准接口形式,广泛应用于计算机主机和高性能大容量存储设备之间的数据传输中。本文根据大容量FLASH存储阵列数据传输的实际需求,提出了基于FPGA实现固态IDE接口的设计思想。设计利用Altera公司的高性能FPGA芯片实现了IDE接口主机适配器的设计,并在研究ATA/ATAPI-6协议的基础上,提出了基于FPGA的固态IDE接口设计方案。以Quartus为开发环境,按照基于模块的系统芯片设计方法,实现了固态IDE接口主机适配器的设计,并完成了模块仿真和系统调试。论文设计包括ATA协议分析、系统模块构造实现、模块仿真和调试、嵌入式逻辑分析仪调试方法等内容。实验结果显示,基于FPGA的固态IDE接口能够实现主机和存储设备之间的指令传送和数据传输控制,并正确实现了数据传输。标准IDE接口主机适配器设计的实现,为FLASH存储阵列提供了一种标准的接口形式,方便了FLASH存储阵列和主机之间的数据交换,增加了FLASH存储阵列的设备通用性,有助于实现FLASH存储阵列接口标准化,促进FLASH大容量存储阵列的研究发展和使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 IDE 接口发展和研究现状
• 1.3 课题主要内容
• 1.4 本文章节安排
• 第2章 IDE 接口设计基础
• 2.1 IDE 物理接口
• 2.2 IDE 寄存器模型
• 2.3 数据传输协议
• 2.3.1 上电复位协议
• 2.3.2 软件复位协议
• 2.3.3 总线空闲状态
• 2.3.4 无数据传输协议
• 2.3.5 设备检测指令协议
• 2.4 ATA 数据传输模式
• 2.4.1 PIO 模式
• 2.4.2 DMA 模式
• 2.4.3 两种传输模式的比较
• 2.5 FPGA 设计基础
• 2.5.1 FPGA 及其设计流程
• 2.5.2 VHDL 简介
• 2.5.3 开发和仿真环境
• 第3章 IDE 主机适配器设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 寄存器接口模块设计
• 3.2.1 寄存器组详细描述
• 3.2.2 模块设计
• 3.3 设备控制模块
• 3.4 数据缓存模块
• 3.5 PIO 数据传输控制
• 3.5.1 PIO data in 数据传输协议
• 3.5.2 PIO data out 数据传输协议
• 3.5.3 PIO 数据传输时序设计
• 3.6 UDMA 数据传输控制
• 3.6.1 UDMA data in 数据传输协议
• 3.6.2 UDMA data out 数据传输协议
• 3.6.3 UDMA 数据传输时序设计
• 第4章 系统调试
• 4.1 嵌入式逻辑分析仪
• 4.2 调试硬件电路
• 4.3 系统验证
• 第5章 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文目录
• 致谢